Hoe groot kan klein zijn? (pdf), Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen, August 2004.

Ongecontroleerde verspreiding van abiotische zelfreplicerende systemen
‘Nanobots’ zijn robots op nanometer schaal. Zij zijn, conceptueel gezien, een regelrechte extrapolatie van hetgeen in ieder moderne fabriek is te vinden: geprogrammeerde machines die een bepaalde taak uitvoeren. In zijn eerste populaire nanotechnologie boek Engines of Creation heeft Eric Drexler²³ hiervan een extrapolatie gemaakt naar de moleculaire wereld en voorgesteld dat dergelijke apparaten ook op de moleculaire schaal in principe mogelijk moeten zijn. Dit concept steunde op twee uitgangspunten, ten eerste op de mogelijkheid individuele atomen op te pakken en op een andere plaats neer te zetten gebruik makkend van een afm of stm²⁴ en ten tweede op het feit dat levende systemen bol staan van complexe macromoleculaire machinetjes. Zoals een robot in een autofabriek een aantal lasoperaties op een auto uitvoert waarna deze met de lopende band naar de volgende robot wordt verplaatst, zo zou een moleculaire machine atomen aan elkaar koppelen en grotere moleculen bouwen. Misschien zouden deze machinetjes ook zijn georganiseerd aan een moleculaire lopende band.

Een rekenvoorbeeld
Maar er is een probleem en dat heeft te makken met schaal. Met wat rekenwerk kan dit duidelijk worden gemaakt. Stel dat één stap nodig is om één molecule sucrose te maken, namelijk het met elkaar verbinden van één molecuul glucose en fructose²⁵. Stel dat het één milliseconde²⁶ duurt om deze operatie uit te voeren voordat de machine de volgende verbinding uitvoert met de volgende glucose-fructose combinatie. Één gram sucrose bestaat uit 1.000.000.000.000.000.000.000 moleculen²⁷ sucrose en dat betekent dat evenveel verbindingen moeten worden gemaakt om één gram sucrose te maken. Het zal 1000 miljard jaren kosten om een gram sucrose te maken met één zo’n nanobot. Om één gram sucrose te produceren in een dag, zijn 1.000.000.000.000.000 (een miljoen maal een miljard) nanobots nodig. Dat geeft te denken over het aantal nanobots dat nodig is om de schappen in de lokale supermarkt te vullen met pakken suiker van een kilogram. Wij zijn gewend te denken in termen van de robots in fabrieken en deze zijn complex genoeg. Hun complexiteit valt in het niets wanneer ze worden vergeleken met de ‘machinetjes’ die de natuur gebruikt om aan individuele moleculen te werken. Een voorbeeld van zo’n natuurlijk machine die sucrose vasthoudt is te zien in de figuur hierna. Ieder balletje stelt een atoom voor en ieder lijntje stelt een verbinding tussen twee atomen voor. Elke zo’n machine bestaat uit duizenden atomen. Ze zijn onder andere zo complex omdat de atomen of moleculen waarmee ze werken moeilijk vast te houden zijn. Deze hebben vrij veel bewegingsenergie. Bovendien moeten ze op de juiste manier worden vastgehouden om ze met andere atomen of moleculen te verbinden. Het is niet voor niets dat de gemoederen van onderzoekers zo hoog oplopen wanneer het onderwerp van nanobots aan de orde is.